Termodinamik jarayonlar va tizimlar

Biologik tizimlarda energiyaning
saqlanish qonuni


Biologik tizimlar ochiq tizimga kiradi, chunki tashqi muhitdan
qabul qilingan mahsulot hisobiga organizm rivojlanadi va yashaydi,
ya’ni modda almashinuvi doimo yuz berib turadi. U m um an tirik
organizm statsionar holatda boimaydigan rivojlanuvchi tizimdir.
Ammo, odatda, kicliik vaqt oraligida biologik tizimlar holatini
statsionar holat deb olish mumkin. Statsionar holatda boiganda
tizimning turli qismlaridagi parametrlarning qiymatlari, odatda,
bir-biridan farq qiladi: odam tanasining turli qismlari harorati,
biologik m em brananing turli qismlaridagi diffuziyalanuvchi
molekulalar konsentratsiyasi va hokazolar. Shunday qilib, tizim
ayrim parametrlarining gradiyenti doimiy tutib turiladi, shu sababli
kimyoviy reaksiyalar o‘zgarmas tezlik bilan o‘tishi mumkin. Har
qanday real termodinamik tizim ochiq tizimdir, lekin m a iu m vaqt
oraligida ideal modelni yopiq tizim deb olish mumkin. Yopiq tizimning atrofidagi jismlar bilan o £zaro ta ’sirini batafsilroq qarab
cliiqamiz. Issiqlik jarayonlari uchun energiyaning saqlanish qonuni
termodinamikaning birinchi qonuni kabi ta’riflanadi.
Tizimga berilgan issiqlik miqdori tizimning ichki energiyasining
o‘zgarishiga va tizim bajaradigan ishga ketadi:
Q = A U + A. (6.1)
Tizim ning ichki energiyasi deganda, uni tashkil etuvchi
zarralarning kinetik va potensial energiyalari yig‘indisi tushuniladi.
Ideal gaz molekulalari o‘zaro ta’sirlashmaydi, shuning uchun Lining
potensial energiyasi nolga teng. U holda U = Ek bo'ladi. Ichki
energiya tizimning holat funksiyasi bo‘lib, berilgan holat uchun
m a’lum qiymatga ega bo'ladi.
AU =U2 -U x. (6.2)
Issiqlik miqdori ish holat funksiyasi emas, balki jarayon
funksiyasidir. Shu sababli Ai/ issiqlik miqdori AU siz yoziladi.
Q va A ning juda kichik qiymatlari uchun

dQ = dU + dA.	(6.3)
Agar gaz har biri /' erkinlik darajasiga ega bo‘lgan molekula
lardan iborat bo‘lsa, u holda ichki energiya RT = CVT.	(6.4)

Bunda CV = ^ R o ‘zgarmas hajmdagi issiqlik sig‘imi. R —
universal gaz doimiysi. Izojarayonlar uchun termodinamikaning
birinchi qonuni tatbiq etilsa, agarda V = const bo‘lganda, ya’ni
gaz hajmi o‘zgarmasa, u ish bajarmaydi. Demak, (6.3)ni
Q = AU yoki dQ=dU (6.5)
kabi yozish mumkin, ya’ni izoxorik jarayonda gazga berilgan issiqlik
miqdori, lining ichki energiyasini oshirishga sarflanadi. Agarda
p=const bo‘lsa, ya’ni izobarik jarayonda tenglama ko‘rinishi (6.3)
formula kabi bo£ladi. Agar T— const, ya’ni izotermik jarayonda
Q = A yoki dQ=dA bo'Iadi. Tashqi m uhit bilan issiqlik
96
almashmasa, ya’ni adiabatik jarayonda bajarilgan ish ichki energiya
oczgarishi hisobiga boiadi.
О =A+AU yoki A=—A ll dA=—£/£/o‘zgarmas hajmdagi issiqlik
sigim idan tashqari Cp issiqlik sigim i ham mavjud b o iib , ular
orasida oddiy munosabat bor, ya’ni bunga Mayer tenglamasi
deyiladi.
Cp = Cp+R. (6.6)
Energiyaning saqlanish qonuni hisoblangan term o d in amikaning birinchi qonuni jarayonlarning borishi mumkin boigan
yo‘nalishlarni ko'rsatmaydi. Masalan, termodinamikaning birinchi
qonuniga binoan issiqlik alm ashinishida issiqlikning issiqroq
jismdan sovuqroq jismga o‘z-o‘zidan o‘tishi mumkin boiganidek,
buning teskarisi, issiqlik sovuqroq jism dan issiqroq jismga o‘tishi
mumkin.
Lekin kundalik hayotda ikkinchi jarayon o‘z-o‘zidan yuz bermaydi. Masalan, xona ichidagi havoni sovitish hisobiga choynakdagi
suv o‘z-o‘zidan isimaydi (6.1-rasm).

Term odinam ikaning ikkinchi qonuni shu savollarga javob

beradi. Termodinamika ikkinchi qonunining bir qancha ta’riflari
mavjud.
1. Klauzius ta’rifi: issiqlik o ‘z-o ‘zidan harorati past jismdan
harorati yuqori bo‘lgan jismga o ‘ta olmaydi.
2. Tomson ta’rifi: ikkinchi tur abadiy dvigatel bo‘lishi mumkin
emas, ya'ni bir jismning sovishi hisobiga issiqlik ishga aylanishi
mumkin bo‘lgan yagona davriy jarayon bo‘lishi mumkin emas.
Issiqlik mashinasida berilgan issiqlik miqdori hisobiga ish
bajariladi, lekin bunda issiqlikning bir qismi albatta sovitgichga
uzatiladi.
97
» ух
Issiqlik mashinasining foydali ish koeffitsiyenti Л - тг formula